一种手持式树木胸径激光测量仪的制作方法

本发明涉及一种手持式树木胸径激光测量仪，属于林学或生态学等野外监测技术领域，特别涉及到树木生长发育、森林生态系统监测与全球变化等研究领域。

背景技术：

胸径是指高于地面1.3m并平行于地面的树木直径。基于胸径值，结合树木生物量模型可估算每木、种群、群落不同层次的生物量，而生物量在生态系统生产力、生态服务功能等研究中发挥着至关重要的作用。

传统的胸径测量多用胸径尺和游标卡尺，测量效率较低、且存在着人为读数产生的误差，难以满足服务生态学以及林学研究的需要。借助数字成像、深度学习和激光测距技术，对树木胸径进行自动测量已经成为当前树木测量学研究的重要趋势，也是生态系统长期监测探索的自动化新技术手段之一。我们研发的手持式树木胸径激光测量仪基于数字成像、激光测距以及基于深度学习算法的树木边缘检测等技术手段，实现对树木胸径的快速、准确测量与数据储存，提升树木胸径监测数据获取的效率，增强生态系统监测与科学研究的能力。

技术实现要素：

为了克服现有树木胸径测量方法的不足，本发明的目的在于提供一种手持式树木胸径激光测量仪，实现对树木胸径的快速、准确和高效测量。

本发明所提供的手持式树木胸径激光测量仪解决其技术问题所采用的方案是：该仪器主要包括激光测距仪1、数码摄像头2、微处理器6、液晶显示屏7、空间定位模块8、存储器9和电源10；其中，

激光测距仪1位于设备正面上方，用于测量与待测树干之间的水平距离，与微处理器6相连，将距离数据传输至微处理器6。

数码摄像头2位于设备正面上方，激光测距仪1下方，用于拍摄树干的图片，该图片用于提取树干轮廓，实现树干直径测量。数码摄像头2与微处理器6相连，将图片数据传输至微处理器6。

微处理器6与激光测距仪1、数码摄像头2、液晶显示屏7、空间定位模块9和电源10等都相连，负责处理数据，发送测量结果以及仪器控制等，是该测量设备的核心。微处理器6内嵌基于深度学习的树干边缘检测算法及树干胸径光学几何算法。微处理器6持续读取数码摄像头2拍摄的视频内容，经由液晶显示屏7对被测量的树木进行实时视频显示。通过液晶显示屏7上的拍摄按钮发出拍摄命令，由数码摄像头2对待测区的树木进行拍摄，获得树木的高分辨率图像。具体为：处理数码摄像头2获取的树干图像数据，检测树干边缘，获取树干边缘之间的像元数量信息，同时处理激光测距仪1得到测量位置至树木的水平距离数据，结合数码摄像头2的焦距、树干图片像元的尺寸、树干边缘之间的像元数量等参数，计算树木胸径值，胸径测量值在液晶显示屏7上显示，并存储在存储器9中。

液晶显示屏7位于设备反面，与微处理器6和电源10等相连接，用于显示各个虚拟控制按钮、距离测量值和胸径测量值。

空间定位模块8与微处理器6相连接，记录测量点的经纬度坐标，经纬度坐标由微处理器6处理后传输至存储器9保存。

存储器9与微处理器6相连，存储数码摄像头2拍摄的树干图片、空间定位模块8记录的经纬度值和树干胸径测量值均保存在存储器9。

电源10为可充电锂电池，为本发明设备供电。

除上述部件外，该测量设备还包括：

电源开关3位于设备侧面下方，与电源10相连接，控制仪器的供电状态。

usb接口4位于设备侧面上方，用于连接外部优盘，将测量数据由存储器9中导出至外接优盘。

充电接口5位于设备底部，与电源10相连接，用于给仪器充电。

水平标示线11用于标示测量位置。

距离显示区12用于显示激光测距仪1所测量的至树干的水平距离。

树干边缘修订模式按钮13用于进入人工修订树干边缘模式，当设备自动识别的树干边缘出现明显错误时，点击树干边缘修订模式按钮13，进入修订模式，此时可以用手接触屏幕，移动树干边缘修正辅助线22至树干边缘，松开手指，即可以重新定义树干边缘。

关机按钮14用于安全关闭设备。

点击数据传输按钮15，胸径测量值、拍摄的树干图像以及测量点的经纬度可以自动传输到设备连接的优盘。

取消按钮16，点击取消按钮16，本次测量的树干胸径值、经纬度以及树干图片不会被保存。

拍摄和保存按钮17具有两种状态，在测量前为拍摄按钮，测量完成以后变为保存按钮。点击拍摄和保存按钮17，激光测距仪1将测量至树干的水平距离，数码摄像头2拍摄树干照片，经微处理器6计算后，完成树干胸径测量。测量完成以后，拍摄按钮变化为保存按钮，点击该按钮，将保存树干图片和测量值。

中央垂直标示线18与水平标示线11的交叉点为激光测距位置。

左右垂直标示线19，用于界定树干最佳取景范围，测量时，树干最好成像在左右垂直标示线19之间。

胸径测量值显示区20，显示测量的树干胸径。

树干边缘显示点21，标示设备自动识别的、测量位置的树干轮廓边缘。

树干边缘修正辅助线22，用于辅助人工标定树干边缘，在修订模式下，可以移动树干边缘修正辅助线22，重新定义树干边缘。

本发明的有益效果是可以对树木胸径进行快速、准确和无接触测量，同时还可以记录和存储测量点的经纬度、树木图片等数据，有效提升树木胸径测量的效率。

附图说明

图1a所示为本发明的正面结构图。

图1b所示为本发明的侧面结构图。

图1c所示为本发明的侧面结构图。

图1d所示为本发明的底部结构图。

图2a是本发明用户的待机界面。

图2b是本发明用户的测量界面。

图3是本发明工作流程。

图4是本发明测量实施例。

图1a、图1b、图1c、图1d、图2a、图2b和图3中标号具体如下：

1、激光测距仪2、数码摄像头3、电源开关

4、usb接口5、充电接口6、微处理器

7、液晶显示屏8、空间定位模块9、存储器

10、电源11、水平标示线12、距离显示区

13、树干边缘修订模式按钮14、关机按钮15、数据传输按钮

16、取消按钮17、拍摄和保存按钮18、中央垂直标示线

19、左右垂直标示线20、胸径测量值显示区21、树干边缘显示点

22、树干边缘修正辅助线

具体实施方式

以下基于附图3、结合附图1a、图1b、图1c、图1d、图2a和图2b，对本发明的技术方案做进一步的说明。

本发明设备电源开关3打开以后，电源10为本发明设备供电。设备成功开机以后，数码摄像头2持续读取树干视频，并显示在液晶显示屏7上。将本发明设备对准待测树干胸高处，测量位置与水平标示线11一致，并调整测量点至树干水平距离，使得树干成像位于左右垂直标示线19之间。点击拍摄和保存按钮17，数码摄像头2采集树干图片，激光测距仪1测量至树干的水平距离，树干图片和距离数据被传输至微处理器6。空间定位模块8记录测量发生地点的经纬度信息。微处理器6内嵌基于深度学习的树干边缘检测算法及树干胸径算法，处理数码摄像头2获取的树干图像，检测树干边缘，获取树干边缘之间的像元数量信息，同时综合处理激光测距仪1测量的距离数据，结合数码摄像头2的焦距、树干图片像元的尺寸、树干边缘之间的像元数量等参数，计算树木胸径，并将测量的树干胸径值和至树干水平距离在液晶显示屏7上显示(图4)。如果本发明设备自动识别的树干边缘显示点21与树干实际边缘存在较大的误差，点击树干边缘修订模式按钮13，本发明设备进入树干边缘修订模式，此时用手指贴近液晶显示屏7，移动树干边缘修正辅助线22至树干边缘处，松开手指，此时本发明设备重新定义树干边缘。完成测量以后，拍摄和保存按钮17转变为保存键，点击该键，树干图片和树干胸径测量值都将保存在存储器9中。如果测量值存在明显误差，点击取消按钮16，则本次测量数据不予保存。如果要导出胸径测量数据和树干图片，需用优盘通过usb接口4与本发明设备连接，点击数据传输按钮15，数据被自动传输至外接优盘。所有测量工作完成以后，点击关机按钮14，设备安全关机。

测量实施例：

在野外测量时，打开设备开关3，双手持本设备，保持水平，将数码摄像头2对准树干胸高位置，此时液晶显示屏7下方中部会出现至树干的水平距离(见图4)，调整至树干的水平距离，让树干在图像中处在左右垂直标示线19之间。点击拍摄和保存按钮17，则在液晶显示屏7左上角出现胸径测量值，如图4左上角“25.7mm”，液晶显示屏7下部中间位置显示距离值，如图4下方“330.3mm”。点击“保存”按钮，数据则保存至存储器9中。如果要导出数据，则要用优盘通过usb接口4与本发明设备连接，点击数据传输按钮15，数据被自动传输至外接优盘。本发明设备将会在外接优盘中自动建立两个文件夹，一个用于保存jpg格式的树干图像，另外一个以文本的格式保存胸径测量值和测量点经纬度值。图像和文本文件都以时间来命名，如2019-12-01-08-17-50.jpg和2019-12-01-08-17-50.txt,其中，2019为年份，12为月份，01为日，08为小时，17为分钟，50为秒。